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Jean LECLERC : Ingénieur de l’École supérieure de chimie industrielle de Lyon Docteur 3e cycle Chimie minérale et structurale Consultant
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le vide est le terme couramment utilisé pour désigner l’état d’un gaz raréfié ou l’ambiance correspondant à un état dont la pression est inférieure à celle de l’atmosphère. C’est un domaine très vaste. Si la métallurgie sous vide, l’imprégnation, le dessèchement, le séchage assisté ou non par le rayonnement infrarouge et les micro-ondes, etc., peuvent se contenter d’un vide grossier ou moyen, les revêtements sous vide, l’élaboration des semi-conducteurs demandent un vide poussé. Par ailleurs, les recherches sur les phénomènes de surface et de catalyse, les recherches en physique nucléaire et en physique des particules nécessitent du vide propre, de l’ultravide et même de l’extrême-vide.
Dès 1964, dans quelques laboratoires, certains ont obtenu des pressions de 10 −12 Pa. Bien que ce niveau soit très bas, ce n’est pas encore le vide parfait.
Afin d’éviter la contamination de l’espace, on n’utilise que très partiellement le vide spatial. On utilise seulement l’antigravité. Cela est hors de propos dans les articles de cette rubrique, articles qui ont été écrits dans le but de faire connaître les techniques du vide utilisables sur terre et de guider l’ingénieur et le technicien dans leurs applications.
Il est bien évident que couvrir une échelle s’étendant sur plus de 15 puissances de 10 nécessite des appareillages différents et faisant appel à divers domaines de la physique et de la chimie. Si le matériel actuel est de plus en plus performant, il n’en est pas devenu moins exigeant pour autant. Au contraire, la spécificité des applications entraîne une multiplication d’équipements très élaborés. Le choix du matériel de pompage, des équipements de mesure et de contrôle, des matériaux mis en œuvre devient primordial et une bonne connaissance de la science du vide est indispensable. Si l’on veut profiter des progrès réalisés, il faut savoir prendre des précautions dès la conception de l’installation.
Afin de couvrir tous les domaines de connaissances nécessaires au technicien du vide, la rubrique a donc été décomposée en différents articles. Le lecteur trouvera une partie théorique, une description des matériels et tout ce qu’il est nécessaire de respecter dans l’élaboration des enceintes. Des exemples d’applications ainsi qu’un formulaire sont également donnés dans les divers traités de la collection des Techniques de l’Ingénieur.
Il ne suffit pas d’avoir de bonnes connaissances techniques et scientifiques pour réussir dans le domaine du vide. Un solide bon sens et une bonne faculté de raisonnement sont nécessaires pour arriver à agir avec succès en cas de pannes vicieuses. Et surtout, trois qualités sont indispensables à celui qui veut faire du « bon » vide :
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la patience : la pression ne descend pas d’un facteur 104 et a fortiori d’un facteur 1010 en quelques minutes ;
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la propreté : un cheveu sous un joint, une rayure, une trace de doigt peuvent compromettre le succès d’une expérience ;
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la ténacité, voire l’obstination : la recherche de fuites inlassablement recommencée est une rude épreuve pour les nerfs.
De plus, il faudra à l’ingénieur ou au technicien du vide être multi-disciplinaire : mécanicien, physicien et chimiste, électricien et électronicien, thermicien, métallurgiste..., car la science et la technique touchent toutes les disciplines.
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4. Sécurité
Le vide comme toute installation industrielle ou de laboratoire a ses problèmes de sécurité, qui, à l’heure actuelle, prennent de plus en plus d’importance. Hormis les problèmes de sécurité courants, il a ses problèmes propres liés, d’une part, à la mécanique et, d’autre part, à la physicochimie des opérations qu’il entraîne.
4.1 Sécurité mécanique
Il est nécessaire lors du projet d’effectuer les calculs de l’enceinte suivant le code de calcul du CODAP : code français de construction des appareils à pression non soumis à la flamme [Partie C. Règle de calculs des enveloppes cylindriques, sphériques, coniques et des fonds bombés soumis à une pression extérieure].
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En cas de non-respect des règles de l’art, on peut avoir un risque d’implosion de l’enceinte sous l’effet de la pression atmosphé-rique (amenant une force de 104 daN sur 1 m2 d’enceinte). Les cas d’implosion sont rares. Il existe, par contre, des cas de collapsage d’enceinte, car les épaisseurs ont été calculées trop fines, sûrement par suite de compromis. Les remèdes sont simples même si parfois ils sont coûteux. Un cas spécial est celui de l’utilisation d’enceintes en verre et plus particulièrement de cloches. Dans ce cas, il faut prendre la précaution de mettre un filet ou de recouvrir d’un film plastique l’extérieur pour éviter les éclats en cas de rupture.
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Le second risque d’ordre mécanique est celui de l’explosion des pièges, baffles et pompes à fixation cryogéniques, qui après réchauffage, remontent en pression.
Exemplela capacité d’une cryopompe de 1 000 L.s−1en argon est d’environ 500 L (à température et pression normales). Si ce gaz reste contenu dans la pompe dont le volume est d’environ 10 L, pendant le recyclage la pression atteindra plus de 50 bar.
Il est donc indispensable de mettre une soupape de sécurité et de veiller aux pièges et baffles lors de leur réchauffage.
HAUT DE PAGE4.2 Sécurités liées à la physicochimie de certaines opérations sous vide
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROMMEL (G.) - Notions de base en technique du vide - . S.F.V. 1995.
-
(2) - DUVAL (P.) - Le vide. Ses applications, son obtention - . S.F.V. 1993.
-
(3) - DUVAL (P.) - High Vacuum Production in the microelectronics industry - . Elsevier 1988.
-
(4) - O’HANLON (J.F.) - A user’s guide to vacuum technology - . John Wiley & Sons 1980.
-
(5) - HABLANIAN (M.H.) - High Vacuum Technology - . A practical guide. Marcel Dekker 1990.
-
(6) - HARRIS (N.S.) - Modern Vacuum Practice - . Mac Graw Hill 1989.
-
(7) - RICARD (A.) - Plasmas réactifs - ....
NORMES
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Système d’unités SI et recommandations pour l’utilisation des multiples et de certaines autres unités. - ISO 1000 - 1981
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Atmosphère standard. - ISO 554 - 1976
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Technologie du Vide : vocabulaire partie 1. - ISO 3529/I - 1981
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Technologie du Vide : vocabulaire partie 2. - ISO 3529/II - 1981
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Technologie du Vide : vocabulaire partie 3. - ISO 3529/III - 1981
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Technologie du Vide : raccords rapides. Dimensions. Partie 1 : raccords à collier. - ISO 2861/I - 1974
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Technologie du Vide : assemblage rapide. Dimensions. Partie 2 : raccords de type fileté. - ISO 2861/II - 1980
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Technologie du Vide : dimensions des brides. - DIS 1609-3 -
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